Введение. Лабораторная работа №4–ТЗОС

Лабораторная работа №4–ТЗОС. Определение дисперсного состава пыли

Цель работы: Изучение ситового метода определения дисперсного состава пыли.

Задачи:

1. Используя набор калиброванных сит, гравиметрическим методом определить фракционный состав образца пыли.

2. Представить результаты дисперсного анализа пыли в табличной и графической форме.

3. По результатам графической обработки экспериментальных данных определить статистические параметры пыли: медианный размер частиц d_m и десятичный логарифм среднеквадратичного отклонения размеров частиц lgσ_ч.

Введение

Твердые частицы в дисперсных системах могут образоваться в результате процессов измельчения, сублимации и различных химических реакций. Под воздействием газовых или воздушных потоков они переходят во взвешенное состояние и образуют то, что принято называть пылью.

Пыль представляет собой дисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой, которая состоит из частиц, по размерам находящихся в диапазоне от близких к молекулам до видимых невооруженным глазом (примерно от 0,001 до 100 мкм) и обладающих свойством находиться во взвешенном состоянии более или менее продолжительное время.

Аэрозоль также представляет собой дисперсную систему с газообразной дисперсионной средой, но ее дисперсная фаза может состоять из твердых и жидких частиц, которые когут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время. Скорость оседания частиц аэрозоля весьма незначительна. Наиболее тонкие аэрозольные частицы по размерам приближаются к крупным молекулам, а наиболее крупные достигают 0,2—1,0 мкм. Понятие грубый аэрозоль с твердой дисперсной фазой часто отождествляют с пылью.

Уловленные или осажденные частицы пыли обычно отождествляют с понятием порошок, т. е. материал, который обладает свойствами, присущими сыпучим материалам. Однако необходимо всегда иметь в виду принципиальную разницу между этими понятиями.

Концентрация пыли или аэрозоля по массе частиц или по числу частиц представляет собой массу частиц или их число, содержащихся в единице объема газа или воздуха.

Пыль, аэрозоль и порошкообразный материал обычно полидисперсны, т. е. содержат частицы различного размера. Лишь некоторые порошки по составу приближаются к монодисперсным, например, споры некоторых папоротников. Монодисперсные порошки в небольших количествах приготовляются для калибровки некоторых пылеизмерительных приборов. Проблема создания монодисперсных тонко измельченных материалов в больших количествах до настоящего времени не решена.

Под размером d частиц пыли подразумевают диаметр, длину стороны частицы или ячейки сита, наибольший размер проекции частицы и т. п. Точно характеризует размер частицы только диаметр при шарообразной ее форме.

Эквивалентным диаметром частицы неправильной геометрической формы d_э называется диаметр шара, объем которого равен объему частицы, или диаметр круга, площадь которого одинакова с площадью проекции частицы.

Седиментационной скоростью частицы V_S называется скорость оседания, которую принимает частица в спокойной среде под влиянием силы тяжести. Она зависит от размера частицы, ее формы и плотности, а также от плотности и вязкости среды.

Седиментационным диаметром частицы d_S (или стоксовским размером) называется диаметр шара, скорость оседания и плотность которого соответственно равны скорости оседания и плотности частицы неправильной формы. Седиментационный диаметр частиц (в мкм) вычисляют, исходя из данных седиментометрического анализа по следующей формуле:

,

где η – динамическая вязкость жидкости, Па×с;

ρ_т – плотность материала частиц, г/см³;

ρ_ж – плотность жидкости, г/см³;

Н – высота оседания частиц, см;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

τ – время оседания, с.

Дисперсным (зерновым, гранулометрическим) составом пыли называется характеристика состава дисперсной фазы по размерам или скоростям оседания частиц. Она показывает, какую долю по массе, объему, поверхности или числу частиц составляют частицы в любом диапазоне их размеров или скоростей оседания. Дисперсный состав может быть выражен в виде таблицы, кривой, формулы распределения или плотности распределения частиц пыли.

Степень дисперсности представляет собой качественный показатель, характеризующий тонкость пыли. В качестве условных показателей этого же свойства используются удельная поверхность; средний диаметр частиц, медианный диаметр и другие величины.

Проходом D (остатком R) называется выраженная в процентах доля массы пыли, прошедшая через сито (оставшаяся на сите) с заданными размерами ячеек, от общей массы просеиваемой пробы пыли. Термины проход и остаток применяют и для подситовой области, подразумевая при этом долю массы частиц мельче или крупнее заданного размера.

Фракция пыли SD или AR представляет собой выраженную в процентах долю массы, объема, поверхности или числа частиц, размер которых или скорость оседания находится между двумя значениями размеров σ₁ и σ₂ или двумя значениями скоростей оседания V₁ и V₂. Функциями распределения массы частиц пыли D (d ) или R(d) называются зависимости прохода D или остатка R от диаметра (размера) частиц, выраженные в процентах или долях единицы. При этом выполняются следующие соотношения:

D+R = 100%;

D (d_min) = 0; D (d_max) = 100%

R (d_min) = 100%; R (d_max) = 0

Здесь d_min, d_max — наименьший и наибольший диаметры частиц пыли, имеющихся в дисперсной фазе.

В технике пыле- и золоулавливания принято различать:

– первичные размеры частиц, свойственные им в момент их образования;

– размеры агрегатированных частиц, возникающих в процессе коагуляции частиц в пылегазовых трактах;

– размеры частиц в виде хлопьев и комочков после выделения их из газовой фазы.

В первых двух случаях чаще всего пыль характеризуют седиментационным диаметромчастиц.

Одни методы и приборы для экспериментально­го определения дисперсности частиц позво­ляют находить их фактические размеры, другие — седиментационные. Кроме то­го, в одних случаях может быть найдено распределение частиц по первичным раз­мерам, в других — с учетом степени их агрегации в газовых потоках.

При решении большинства вопросов, связанных с очисткой газов, основной ин­терес представляют распределения по сток­совским размерам, приобретаемым части­цами в пылегазовых трактах и определяю­щим их поведение в пыле- и золоулавливающих аппаратах. С этой точки зрения исследования дисперсного состава золы и пылей целесообразно выполнять с помощью методов, позволяющих разделять частицы на фракции непосредственно в газоходах.

Применимость того или иного метода анализа пыли зависит не только от ее степени дисперсности и других свойств, но также и от того, какую характеристику ее дисперсного состава необходимо получить. Например, для характеристики степени запыленности воздуха в особо чистых производственных помещениях определяют содержание числа частиц пыли в единице объема, и соотношение фракций выражается в процентах от числа частиц. Ис­следования задержки пыли в легких человека также базируются на определении числа частиц и их распределения по фракциям.

Для характеристики порошкообразных материалов и для оцен­ки эффективности пылеулавливающих аппаратов в подавляющем большинстве случаев дисперсный состав необходимо оценивать по соотношению масс фракций. Это связано стем, что, за исключением фильтров особого назначения, эффективность пылеуловителей выражается отношением массы уловленной к мас­се, поступившей в аппарат пыли. То же относится и к фракцион­ным степеням очистки воздуха в пылеуловителях. Гигиенисты при оценке вредности пыли также считают целесообразным исходить из массы пыли в единице объема воздуха, характеризующей сте­пень опасности заболевания пневмокониозами.

В ряде случаев наиболее важной характеристикой степени дис­персности пыли является их удельная поверх­ность. Отэтой величины зависит интенсивность процессов, проис­ходящих на поверхности частиц, например адсорбции.

Для классификации методов дисперсионного анализа можно использовать следующую схему:

По массе фракций:

I. Механическое разделение частиц

1. Просеивание

2. Фильтрация

II.Седиментометрия

1. Отмучивание

2. Измерение плотности столба суспензии

3. Пофракционное осаждение

4. Накопление осадка

5. Отбор весовых проб

6. Электрофотоседиментометрия

III. Сепарация в потоке (гидродинамические методы)

1. В вертикальных сосудах

2. В центробежных аппаратах:

а) с вращающимся ротором;

б) в циклончиках

3. В струйных аппаратах-ловушках

4. В электрическом поле

По числу частиц во фракциях:

I. Счет и измерение размеров частиц:

1. Световым микроскопом

2. Электронным микроскопом

II. Счет частиц с распределением их по размерам на основе косвенных показа­телей:

1. Ультрамикроскопия

2. Измерение электрических зарядов частиц

3. Измерение рассеяния света:

а) фотоимпульсным способом;

б) по характеристикам светорассеяний

4. Кондуктометрия

По условным усредненным показателям:

I. Определение удельной поверхности:

1. Измерение воздухопроницаемости слой порошка:

а) при давлении, близком к атмосферному;

б) при протекании разреженного воздуха

2. Измерение адсорбции газов

3. Измерение скорости растворения

4. Вычисление по функции распределения, найденной весовыми или счет­ными методами

II. Вычисление условных усредненных размеров частиц.

Большинство перечисленных методов предназначено для ана­лиза порошков. Применение их для анализа дисперсного состава пыли требует предварительного отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды. Получаемые при этом результаты, как уже было отмечено, имеют несколько условный характер. Специальной рубрики для методов, пригодных для анализа пыли как аэродис­персной системы, в классификации нет, так как это привело бы к значительному ее усложнению. Для дисперсионного ана­лиза пыли в основном используют различные виды импакторов, ротационные сепараторы и неко­торые типы фотометрических приборов, в которых большие пер­спективы открывает применение лазерных источников света.

Предлагаемая классификация, в основном, охватывает методы анализа дисперсного состава порошкообразных материалов и гру­бых дисперсных систем — пыли или суспензии.

Дата добавления: 2015-08-02